Terug naar overzicht

Voor u gelezen: Foam, Practical Guides for Beer Quality

tww november 2017
Door: Gery Uijtenhaak

Schuim op bier wordt over het algemeen gezien als een teken van goed bier. Oftewel, goed bier heeft een mooie schuimkraag. In ieder geval hier in Nederland. Hoewel schuim in Amerika niet wordt gezien als iets heel belangrijks, wordt het wel op prijs gesteld.

Naast bier zijn er ook andere dranken waar koolzuur in zit. Bronwater, frisdrank, champagne. Ook daar worden bellen gevormd, maar er ontstaat geen schuimkraag zoals bij bier. Schuim dat ontstaat is heel snel weg.  De productie van schuim brengt een enorme toename in oppervlakte. Oppervlakte staat tegenover oppervlaktespanning. Het is dit conflict dat zorgt voor het inzakken van een schuimkraag op bijna alle dranken met koolzuur. Maar niet bij bier… Bier bevat stoffen die in de wand van de belletjes gaan zitten en deze aan elkaar vasthechten. En hiermee het conflict tussen oppervlakte spanning en oppervlakte tegengaan.
Om een idee te geven over de oppervlakte van bierschuim: in een glas met een doorsnede van 6 cm met een schuimkraag van 3 cm zitten ongeveer 1,5 miljoen belletjes, verdeeld over ca. 100 lagen. Uitgespreid in 1 laag is dit een oppervlakte van ongeveer 0, 75 m2.

1056
Foam. Practical guides for beer quality
Schuim ontstaat in een mengproces tussen gas en vloeistof. In het geval van bier is dit koolzuur en bier. De belletjes van schuim bestaan dus uit koolzuur. Dit kan overigens ook stikstof zijn (Guinness).

Wanneer water in een ruimte wordt gezet met 100% koolstofdioxide zal er uiteindelijk zo'n 1,8 gram CO2/liter in oplossen. In bier is gemiddeld genomen zo'n 5 gram CO2 opgelost. Dit komt doordat bier onder druk wordt geproduceerd. In brouwerijen gebeurt dit over het algemeen in de lagertanks. Bij thuisbrouwers bij de hergisting op fles. Hiermee is de eerste stap gezet naar de vorming van schuim. Echter, bij het openen van een flesje ontsnapt dit gas niet meteen  en vormt zich ook niet meteen schuim (behalve als er sprake is van gushing). Pas bij inschenken ontstaan belletjes. Het ontstaan van de belletjes heet nucleatie. Het hoe en waarom van nucleatie is wetenschappelijk nog niet geheel verklaard. Het komt erop neer dat de belletjes een punt nodig hebben om te vormen. Belletjes ontstaan o.a. op miniscule beschadigingen in het bierflesje, door onoplosbare stoffen in het bier of bij voorgevormde microbelletjes. De hoeveelheid belletjes is uiteindelijk afhankelijk van twee factoren: de hoeveelheid CO2 in bier en de temperatuur. Hoe meer CO2 en hoe hoger de temperatuur, des te meer schuim. De oplosbaarheid van gas neemt namelijk af bij hogere temperaturen.

Geen koolzuur betekent simpelweg ook geen schuim. Er is in dat geval geen gas om te mengen.
 
Een ander fenomeen, samenhangend met nucleatie, is ‘beading’. Dit is het continue stijgen van belletjes van onder in het glas. Dat ziet er niet alleen goed uit, het zorgt voor aanvulling van verse belletjes aan de schuimkraag (die ondertussen ook inzakt). De schuimkraag blijft daardoor langer in stand. Commerciële brouwerijen maken hier gebruik van door in hun glas nucleatiepunten aan te brengen. Bijvoorbeeld Duvel en Sierra Nevada doen dit. Ook het AnDer 1.0 bierproefglas (ontwikkeld door Derek Walsh en André Köppen) heeft nucleatiepunten.
 
We weten nu hoe schuim gevormd wordt en waardoor. Maar schuim zakt uiteindelijk ook weer in. Wat is daarvan de oorzaak?  
 
In een afgesloten bierflesje is de druk in het flesje even hoog, zowel in de ruimte boven het bier, als het gas in opgeloste vorm in het bier. Wanneer bier wordt ingeschonken is dit evenwicht weg. De hoeveelheid CO2 in de lucht is veel lager. De CO2 bellen uit het schuim en bier zullen uit het bier stijgen tot het evenwicht weer is hersteld, dus als er in het bier net zoveel CO2 zit als in de lucht boven het glas. Dit is ook de reden waarom elk bier uiteindelijk doodslaat. Wanneer er meer lagen schuim in een glas zitten duurt dit proces langer.

Ten tweede, bij het inschenken van bier komt er veel vocht in het schuim. Dit loopt onder invloed van zwaartekracht naar beneden, terug het bier in. De weg langs veel kleine belletjes is langer dan via een kleiner aantal grote bellen. Hoe hoger de viscositeit van de vloeistof, hoe langzamer het stroomt. De body van een bier is dus een factor die de snelheid mede bepaalt.

Schuim dat is opgebouwd uit belletjes van gelijke grootte en/of uit hele kleine belletjes heeft de grootste schuimstabilteit. Schuim opgebouwd uit kleine belletjes is stabieler door 2 belangrijke redenen.

  • Meer laagjes schuim moeten inzakken voor het schuim weg is.
  • Het weglopen van vocht langs kleine belletjes gaat langzamer dan langs grote bellen.

Om deze reden dacht men dat de β-glucanen uit de celwand van gerst goed was voor het schuim op bier. Daar is echter dusdanig veel van nodig, dat dit grote problemen zou geven bij het filteren van het bier. Belangrijker hiervoor zijn polypetiden en polysaccharides die in het schuim zitten.

Maar misschien nog de belangrijkste oorzaak voor het inzakken van schuim is disproportionering (los van eventuele schuimnegatieve stoffen). Dit gebeurt bij schuim met bellen van ongelijkmatige grootte. Gas uit kleine bellen trekt in de grote bellen waardoor de kleine belletjes verdwijnen. Vervolgens blijven er alleen maar grote bellen over. Minder bellen betekent minder lagen en vocht stroomt makkelijker terug in het bier. Het schuim zal dan snel weg zijn.

Schuim(stabiliteit)bevorderende stoffen

Bier krijgt een schuimkraag omdat het oppervlakte-actieve stoffen heeft die in de wand van de belletjes gaan zitten en deze bij elkaar houden. Er zitten ook componenten in die bovenstaande tegengaan. De som van deze componenten bepaalt uiteindelijk de stabiliteit van het schuim.

Uit studies is gebleken dat bepaalde proteïnen belangrijk zijn, en dan met name de fysische aspecten van deze proteïnen. Het betreft met name de proteïnen Z en LTP (lipid transfer protein).

Proteïne Z  is een polypeptide dat gehecht is aan de β-amalyse in gerst. De taak van deze proteïne is het tegenhouden van de enzymactiviteit. Deze wordt tijdens het moutproces losgemaakt van het β-amylase enzym. Tijdens het maischen komt deze polypeptide in het wort. Proteïne Z is bestand tegen de proteolytische enzymen (eiwit-afbrekende enzymen). Proteïne Z is ook het meest voorkomende eiwit in bier. Echter, niet alle gerstvariëteiten bevatten deze proteïne.

De andere proteïne, LTP,  dient om lipiden te verplaatsen rondom membranen in gerst. De  belangrijkste LTP is LTP1. Deze proteïne is ongeveer een kwart kleiner dan proteïne Z. Het heeft de aandacht getrokken van diverse onderzoekers. Uit onderzoek bleek dat deze proteïne op zich niet veel voor schuim doet. Pas na het koken bleek deze proteïne schuimpositief.

Proteïnes  zijn opgebouwd uit aminozuren. Sommige aminozuren zijn hydrofoob. Ze houden niet van water. Door het koken worden de LTP1 proteïnen gedenatureerd. (Denaturatie is het verlies van de ruimtelijke structuur van een stof [in dit geval eiwit] waardoor de eigenschappen en werking vaak sterk veranderen.) Daarbij komen de hydrofobe delen van de proteïnen vrij. Hoe verder de proteïnen denatureren, des te meer komen de hydrofobe aminozuren bloot te liggen. Het feit dat deze aminozuren hydrofoob zijn is de belangrijkste reden waarom zij zorgen voor schuim en schuimstabiliteit. Dus hoe meer hydrofobe proteïne in het bier, des te beter de schuimstabiliteit. Dit geldt overigens ook voor proteïne Z. Als deze in de gerst zit, draagt dit ook bij aan de schuimstabilteit.

De proteïnen blijven voldoende waterminnend om in het bier te blijven maar door het denatureren worden ze minder oplosbaar en daardoor meer vatbaar voor verlies. Bijvoorbeeld door neerslag in de kookketel of in het gistvat. Maar hoe dan ook zijn ze het meest schuimstabiliserend, dus als zij in het bier blijven, zijn zij de belangrijkste component voor schuimstabiliteit. En in welke mate hangt af van de mate van denaturatie.

Iso-α-zuren

Naast de werking van de proteïnen is er nog een heel belangrijk component die zorgt voor schuimstabiliteit. Dit zijn de iso-α-zuren uit hop. Deze hebben hydrofobe zijketens en deze reageren met de hydrofobe delen van de polypeptiden. Deze interactie vindt vooral plaats in de wand van de bel, meer dan in het bier zelf. Hierdoor wordt het schuim meer vast dan vloeibaar. Wat er weer voor zorgt dat het schuim aan het glas blijft plakken bij het nemen van een slok (lacing). Het heeft een beetje tijd nodig voor lacing zich kan vormen. Geen lacing kan ook wijzen op een glas dat niet schoon is!

Een derde component die een rol speelt zijn tweewaardige metaalkationen. Er wordt gezegd dat deze ionen de negatieve lading van de iso-α-zuren neutraliseren. Verschillende metaalionen zijn daarvoor geschikt maar zink komt het meest in aanmerking.

De iso-α-zuren verschillen in de mate waarin zij bijdragen aan de stabiliteit van schuim. In schuim is de concentratie trans-isomeren groter dan cis-isomeren (humulon ondergaat tijdens het koken een omlegging [er verandert iets in de structuur van het molecuul] naar cis- en trans-isohumulon). Isocohumulon lijkt minder effectief als schuimstabilisator dan isohumulon en isoadhumulon. Nu lijkt het relevant om bij de hopkeuze te kijken naar de verschillende humulonen. Echter, het toevoegen van hop na de vergisting heeft een veel groter effect. Een nog groter effect wordt bereikt met het toevoegen van een hoppreparaat als tetra. Deze gemodificeerde hoppreparaten hebben iso-α-zuren die in veel grotere mate hydrofoob zijn, en daarmee ook veel meer schuimstabiliserend. Teveel hiervan geeft echter een schuim met een onaangename smaak (max. 3 IBU wordt geadviseerd).

Maillardreactieproducten

Tussenproducten die gevormd worden in de Maillardreactie (chemische reactie tussen aminozuren en reducerende suikers onder invloed van warmte. Denk hierbij aan bruining van broodkorst en caramelisering in bier) zijn schuimbevorderend.

Polysachariden

Polysachariden zijn koolhydraten die zijn opgebouwd uit 10 of meer monosachariden, met name ontstaan tijdens het moutproces. Deze kunnen door de hydrofobe polypeptiden in het schuim worden gebracht. Ze zweven als het ware in de tussenruimtes tussen de belletjes, waarmee ze het teruglopen van het vocht van de bellen in het bier belemmeren. Een voorbeeld van een polysacharide is β-glucaan. β-glucaan op zich is dus niet een schuimstabilisator maar in combinatie met de hydrofobe polypeptiden kan het wel bijdragen aan een stabiele schuimkraag.

Toegevoegde proteïnen

Er is onderzoek gedaan naar andere proteïnen die kunnen schuimen, om de schuimeigenschappen van bier aan te vullen. Een van deze bronnen van proteïnen was eiwit (letterlijk, uit ei) die na hydrolyse niet meer troebelheid kon veroorzaken door verandering in de structuur.

Smaakeffect van schuim op bier

Bier met of zonder schuim smaakt anders. Dit komt o.a. door de oppervlakteactieve stoffen in het schuim. Denk bijvoorbeeld aan hopbitter. Maar ook geeft schuim een fysieke ‘smaak’waarneming. Het romige, zachte gevoel van schuim verandert de totale waarneming van bier door het verzachten van het totale smaakpalet van het bier. (Een ander voorbeeld van fysieke ‘smaak’waarneming: koele waarneming bij munt.) Ook belangrijk: onze smaak en geur zijn nauw met elkaar verbonden. Daar waar we denken iets te proeven, komt dat vaak via onze neus binnen. Schuim brengt geur uit het bier naar boven.

Schuimnegatieve stoffen

Vetten

Deze kunnen tijdens het brouwproces gevormd worden. Lange keten vetzuren uit de mout of korte-keten vetzuren uit de gist. Onverzadigde vetzuren zijn minder schuimdestabiliserend. Op zich hoeft vet niet schuimnegatief te zijn: als er voldoende eiwitten aanwezig zijn kunnen deze de vetten binden of emulgeren waardoor het destabiliserend effect teniet wordt gedaan.

Uit onderzoek blijkt dat moleculen, gevormd tijdens oxidatie van onverzadigde vetzuren (de aldehyde 2-trans-nonenal, deze zorgt voor de afwijking papier/karton/leer) waarschijnlijk sterk schuimnegatief zijn. Dit kan gebeuren door zuurstofinslag tijdens het maischen.

Zeepresten

Een brouwinstallatie die niet goed is schoongemaakt, of waar nog zeepresten op zitten.

Alcohol

Technisch gezien: hoe meer alcohol in het bier hoe minder goed schuim er zal ontstaan. Een lage hoeveelheid ethanol is eerder schuimpositief dan negatief. Maar hoe hoger het alcohol %, des te schuimnegatiever alcohol is. Dodelijk voor schuim zijn hogere alcoholen. Dit zijn alcoholen met meer dan 2 koolstofatomen (ethanol heeft 2 koolstofatomen). Hogere alcoholen ontstaan o.a. bij te hoge vergistingstemperaturen of bij een gebrek aan gistvoeding. Sommige gisten produceren makkelijker hogere alcoholen dan anderen. In lichte biertypen zijn hogere alcoholen zeer ongewenst, maar in zwaardere bieren soms wel gewenst. Hogere alcoholen zijn daarin belangrijke aromacomponenten.

pH

Een te hoog of te laag pH. De pH beïnvloedt de interactie tussen de geladen eiwitten en alfazuren en daarmee de oppervlakte-eigenschappen van de complexen van deze twee componenten. Deze interactie wordt minder bij een te lage pH of een te hoge pH. De optimale bier pH voor schuimstabiliteit is 3,8-4,6. Om dat te bereiken moet de pH tijdens het koken 5,1/5,2 zijn.

Conclusie

De uiteindelijke schuimstabiliteit zal een balans zijn tussen de aanwezige schuimpositieve en schuimnegatieve componenten in het bier. En! Schone glazen! Zorg dat je bierglas geen vetten of zeepresten bevat. Je kan nog zo je best doen tijdens het brouwen, een glas dat niet bierschoon is kan het om zeep helpen.

 

Terug naar overzicht